光電池是有源器件，這種器件受到光照時(shí)就產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)，不需要外部電源供電。光電池的種類很多，有硒光電池、氧化亞銅光電池、硫化鉈電池、硫化鎘光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵光電池等。用可見(jiàn)光作為光源的光電池的常用半導(dǎo)體材料有硒和硅等。

  圖11-12所示的是硅光電池的結(jié)構(gòu)原理、外形及電路符號(hào)。它是用單晶硅制成的，在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成一個(gè)大面積的PN結(jié)，P層很薄，從而使光能穿透到PN結(jié)上。由于光線的照射，使P區(qū)帶正電荷，N區(qū)帶負(fù)電荷，從而在兩區(qū)之間形成電位差，即構(gòu)成光電池，若接于外電路中就可產(chǎn)生電流。

2. 光電池的特性

A. 光電池的光譜特性：硒光電池和硅光電池的光譜特性曲線如圖11-13所示。從圖示曲線可以看出，不同的光電池其光譜峰值的位置不同。硅光電池的在800nm附近，硒光電池的在540nm附近。硅光電池的光譜范圍很廣，在450~1100nm之間，硒光電池的光譜范圍為340~750nm。因此，硒光電池適用于可見(jiàn)光，常用于照度計(jì)測(cè)定光的強(qiáng)度。

B. 光電池的光照特性：光電池在不同的光照強(qiáng)度照射下可以產(chǎn)生不同的光電流和光生電動(dòng)勢(shì)。硅光電池的光照特性曲線如圖11-14所示。從該曲線可看出，短路電流在很大范圍內(nèi)與光照成線性關(guān)系。開(kāi)路電壓隨光強(qiáng)變化是非線性的，并且當(dāng)照度在2000lx時(shí)就趨于飽和。因此，把光電池作為測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)把它當(dāng)做電流源來(lái)使用，不宜用作電壓源。

所謂光電池的短路電流，就是反應(yīng)負(fù)載電阻相對(duì)于光電池內(nèi)阻很小時(shí)的光電流。而光電池的內(nèi)阻是隨著照度增加而減小的，所以在不同照度下可用大小不同的負(fù)載電阻為近似“短路”條件。從實(shí)驗(yàn)中知道，負(fù)載電阻越小，光電流與照度之間的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬，對(duì)不同的負(fù)載電阻，可以在不同的照度范圍內(nèi)，使光電流與光強(qiáng)保持線性關(guān)系。所以，應(yīng)用光電池做測(cè)量元件時(shí)，所用負(fù)載電阻的大小，應(yīng)根據(jù)光強(qiáng)的具體情況而定。總之，負(fù)載電阻越小越好。

3. 光電池的頻率特性：光電池作為測(cè)量、計(jì)數(shù)、接收元件時(shí)，常用交變光照。光電池的頻率特性就是反應(yīng)光的交變頻率和光電池輸出電流的關(guān)系，如圖11-15所示。從該曲線可以看出，硅光電池有很高的頻率響應(yīng)，可以用在高速計(jì)數(shù)、有聲電影等方面。這是硅光電池在所有光電元件中最為突出的優(yōu)點(diǎn)。

4. 光電池的溫度特性：光電池的溫度特性主要描述光電池的開(kāi)路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。由于它關(guān)系到應(yīng)用光電池設(shè)備的溫度飄逸，影響到測(cè)量精度或控制精度等主要指標(biāo)，因此是光電池的重要特征之一。光電池的溫度特性曲線如圖11-16所示。從該曲線可以看出，開(kāi)路電壓隨溫度升高而下降的速度較快，而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。因此，當(dāng)使用光電池作為測(cè)量元件時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到溫度的漂移，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償。